基于電力載波技術的網(wǎng)絡化智能家居系統(tǒng)的設計
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圖3 啟動碼的生成
為了線路轉(zhuǎn)送裝置能不錯過任何傳輸信息，X-10讓每個數(shù)據(jù)幀傳輸兩次。一條完整的控制指令由4幀數(shù)據(jù)組成，前兩幀傳輸被控設備地址，兩幀之間無間隔。后兩幀傳輸控制命令，兩幀之間也無間隔，但前兩幀與后兩針之間有3個周期的間隔，所以每條控制指令需要47個周期。對于50Hz的電力線來說，47個指令周期接近1秒。
2.3 基于X-10協(xié)議的智能家居系統(tǒng)
X-10是國際通用的智能家居電力載波協(xié)議，如果通信的雙方?jīng)]有共同的通信協(xié)議，通信就不能同步地進行，或者由于數(shù)據(jù)格式的不一致，彼此不能理解對方的數(shù)據(jù)中所包含的信息，使得通信實際上還是不能進行。X-10電力載波在提供電流的同時又可以像網(wǎng)線一樣傳送控制指令，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡化的控制。
基于X-10協(xié)議構(gòu)建的智能家居系統(tǒng)，主要由家庭網(wǎng)關和分布在家庭各處的符合X-10規(guī)范的家電設備組成。由于現(xiàn)在市場上大多數(shù)家電產(chǎn)品仍未在其內(nèi)部提供對X-10協(xié)議的支持。因此暫時需要在電力線與家電電源之間增加一個X-10模塊,由網(wǎng)關對X-10模塊進行控制，間接實現(xiàn)對家電的控制。在系統(tǒng)中為了識別網(wǎng)絡中的不同設備，采用了2位16進制編碼，稱之為地址碼，這樣系統(tǒng)中的所有被控制設備都被賦予一個唯一地址碼。
每個X-10設備都被分配到一個地址，地址由“房間號”和“設備號”兩部分組成。房間號的選擇范圍為字母“A-P”,設備號的選擇范圍為數(shù)字“1-16”。因而在一個基于X-10協(xié)議構(gòu)建的智能家居系統(tǒng)中最多可同時控制16×16＝256個不同地址的X-10設備，因此這套系統(tǒng)可容納256個不同的地址，可以執(zhí)行的指令包括：on，off，dim，bright，alllightson，allunitsoff。X-10協(xié)議規(guī)范對設備地址編碼，用于邏輯表示，使用時參照協(xié)議中的轉(zhuǎn)換表直接使用即可。
3 智能家居系統(tǒng)硬件設計
智能家居是通過統(tǒng)一的網(wǎng)格總線和控制平臺來控制家庭內(nèi)部電器設備的系統(tǒng)。設計系統(tǒng)主要有兩部分組成：發(fā)送模塊和接收模塊。發(fā)送模塊利用單片機程序?qū)⒅噶畎l(fā)送到接受模塊上，其中包括目標設備地址信息。接收模塊利用單片機程序?qū)崟r檢測電力線上的X-10信號。當檢測到電力線上有信號時，就會把剛剛檢測到的信號內(nèi)所包含的地址信息與自身已經(jīng)預設好的地址進行比較，如果相等則等待接收下一條X-10控制指令，如果與自身地址不相等，則將該地址信息簡單的拋棄，繼續(xù)等待下一條地址信息的出現(xiàn)。通過相應的指令做出對應的動作，達到對設備的實時控制。
圖4 系統(tǒng)物理模型
智能家居是通過統(tǒng)一的網(wǎng)格總線和控制平臺來控制家庭內(nèi)電器設備的系統(tǒng)。控制網(wǎng)格主要由收發(fā)模塊、阻波器、用電設備等組成。
3.1 nRF905芯片介紹
nRF905是挪威NordicVLSI公司推出的單片射頻收發(fā)器，工作電壓為1.9～3.6V，32引腳QFN封裝(5×5mm)，工業(yè)、科學和醫(yī)學)頻道，頻道之間的轉(zhuǎn)換時間小于650us。nRF905由頻率合成器、接收解調(diào)器、功率放大器、晶體振蕩器和調(diào)制器組成，不需外加聲表濾波器，ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC(循環(huán)冗余碼校驗)，使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。其引腳及性能如表1所示。
nRF905有兩種工作模式和兩種節(jié)能模式。兩種工作模式分別是ShockBurstTM接收模式和ShockBurstTM發(fā)送模式，兩種節(jié)能模式分別是關機模式和空閑模式。nRF905的工作模式由TRX_CE、TX_EN和PWR_UP三個引腳決定。
表1 nRF905芯片引腳介紹
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